“后共识”Avalanche：让比特币现金坚不可摧

作者：Mengerian

翻译：小灰草

摘要：Avalanche协议是一种强大的共识算法，具有拜占庭容错（BFT）属性的证明。它拥有与工作量证明（POW）不同的性能，这使其可以作为POW的补充。使用这两种算法可以让BCH同时拥有Avalanche和POW的优势。

之前Chris Pacia写了一篇文章解释了Avalanche如何帮助改善即时交易的支付体验，促使零确认交易更安全。本文将讨论Avalanche如何用于“后共识”，以提供针对51％区块链重组攻击的强大防御。

比较Avalanche与POW

为了更好的理解Avalanche，以及它是怎样融入比特币现金协议的，将其与中本聪共识POW进行比较是非常好用的。Avalanche和POW都属于BFT算法的范畴，但它们彼此不同，具有不同的特性，使它们适用于不同的目的。

Avalanche如何工作

Avalanche协议是一种方法，通过该方法节点网络可以实时通信并达成可靠的共识。在Avalanche论文中详细描述了这些细节，并描述了保证协议安全的一系列证明。有关协议的准确和详细说明，请参阅Avalanche文章。

为了使某一特定共识达成一致，例如选择交易A还是交易B，Avalanche节点将查询网络上的其他节点并询问他们的首选项。它将查询一组随机节点，如果多数人同意它的选择，它将保留该选择，否则它将切换为另外一个选择。基于该轮的结果，它可以再次查询，选择新的随机节点组。要查询的随机节点数，轮数，停止查询的条件以及预期的恶意节点数都是协议的参数。

从表面上看，这个协议非常简单。有趣的是它具有“亚稳态”的特性。这意味着它在未决定的状态下是不稳定的，它将趋向于所有协作节点商定的共同决策。此外，该协议已被证明可根据系统参数提供概率安全保证。这意味着它可以通过调整诸如轮数、停止和接受决策的标准等参数可靠地对给定的威胁模型达成共识。

Avalanche和中本聪共识之间存在许多差异。在本文中，将重点介绍两个属性：客观性和速度。

客观性

中本聪共识和工作量证明的一个很好的特点是：它是“客观的”。链上的工作量是很容易检查的，并且提供了不可伪造的证据，证明创建它花费了一定数量的经济资源。通过创建链上工作量的客观记录，POW对该分类账中所含信息的价值起着可靠的标记作用。

POW这种方式是非常客观的，这意味着节点不需要一直连接到网络。它可以在以后重新加入，并且仍然有足够的信息以便能够非常自信地识别正确的链。这个属性使POW成为一种很好的方法，可以长期保存永久不可伪造的共识状态记录。

这种客观性的另一面是，客观记录可以通过花费经济资源来改变。当攻击者隐藏更高的POW链并在稍后的时间点释放它时，对区块链来说是有危害性的。即使当时在线节点检测到此攻击，但无法确定是故意攻击，还是由于网络连接导致的某些错误。后来者也没有办法知道链被扣留了。这会导致区块重组，也称为“重组攻击”。它是有害的，因为它使交易所和其他企业面临支付逆转，从而破坏金融体系的货币属性。

Avalanche协议的功能有所不同。它通过网络中的节点之间的“聊天”通信过程达成共识。这意味着为了让一个节点相信它遵循了正确的网络共识，它必须与其他节点进行一段时间的通信。当一个节点连接到网络时，协议保证它将能够得到不能更改的准确信息。然而，原则上，Avalanche节点网络可以同意改变历史记录，并且后来者无法检测它。

速度

Avalanche最擅长的是它以可靠的方式达成共识的速度。也可以保证，只要网络中连接了正确的节点，这个共识在以后不会改变。

中本聪共识依赖于工作量的积累，因此它不能很快达到“最终”状态。实际上，尝试将区块时间减少到一定限度以下（大约10秒左右）会导致不稳定的过程，并产生大量的孤块。

我们可以用类比来总结Avalanche和中本聪共识之间的区别。Avalanche就像一群朋友在即时通讯，消息客户端始终处于打开状态，并且非常可靠可以抵御攻击。群组消息的所有成员都可以快速，即时地做出决策。POW就像每隔十分钟就在石碑上刻一次字。它的持久性更强，参与的成本也更高。在很长一段时间内，石碑为刻在上面的信息提供良好的持久记录。

劳动分工

就像一个经济体，如果能够通过拥有不同能力和兴趣的人完成不同的适合自己的任务，就能变得更富有一样，比特币现金协议可以更好地利用POW和Avalanche，并在它们最适合自己的地方发挥作用。

POW擅长提供长期共识的客观记录，而Avalanche有利于在实时通信中快速可靠地达成共识。因此，将每个协议用于这些目的是有意义的。

比特币现金的实时交易广播网络目前只使用基本协议，每个节点使用“首次看到”的规则来决定在试图重复支出的情况下哪个交易是有效的。这种方法在良性环境中运行良好，但在面对坚定的对手时却不太可靠。为了确保交易不是双重花费，有必要等待被挖的区块。很明显，使用Avalanche作为该系统的直接替代品将是明显的胜利。

一旦我们有一个可靠的系统来实时解决双倍花费，就可以使用这个系统，通过预先达成共识，使即时交易更加可靠。Chris Pacia写了一篇关于这个主题的好文章。

然而，这并不是可以从Avalanche协议中受益的唯一地方。另一个就是使用后共识来防御重组攻击。预共识的目的是决定哪些交易在双重支出的情况下进入区块，后共识则是决定在竞争链存在的情况下挖哪一条链。

后共识Avalanche

与交易网络协议类似，矿工通过简单的广播系统彼此通信。另一个相似之处是该系统在良性情况下运行良好，但在敌对情况下存在问题。

比特币现金的情况是，它与更大的比特币（BTC）网络共享POW算法。在撰写本文时，BCH算力约为SHA256总算力的5％，但最近它已低至2.5％左右。这个比例越低，大型SHA256矿工对BCH网络进行重组攻击的可行性就越大。此外，围绕最近的“哈希战争”的许多事件和言论表明存在可能希望进行这种攻击的政党。

为了给BCH提供一种能够在这种攻击中存活的方法，Bitcoin ABC客户端采用了10区块终结方法，可以在10次确认后防止区块重组。该方法的问题在于，在边缘情况下，在检测攻击场景的准则边界处，不能可靠地达成共识。这意味着，从理论上讲，当将重组设计为刚好处于终结覆盖最长POW链的边缘条件时将会引起网络分裂，从而导致一些节点跟随重组，而其他节点拒绝它。

不过，我们可以看到这是一个共识问题，Avalanche可以解决这些问题！对于重组攻击的情况，Avalanche是一种可靠的方法，可以让所有矿工就何时拒绝大型重组达成共识，而不会有分裂防御链的风险。如果51%的攻击者持续构建更长的链，那么它仍会导致SPV节点和不知道Avalanche共识的节点出现问题。但是对于遵循Avalanche共识的矿工，商家和交易所，这提供了一种在51%的攻击中幸存下来的可行方法。防御者至少可以可靠地协调他们的努力，而不是被一个狡猾的攻击者弄得一团糟。

在我们的石碑比喻中，矿工使用Avalanche作为后共识，就像石碑抄写员彼此沟通，以确保他们正在努力将正确的信息刻在石碑上。如果某个随机的抄写员突然出现，手里拿着一捆预先刻好的石板，与之前刻好的信息相矛盾，其他抄写员就会拒绝它们。他们的实时通信将是可靠的，这样他们就可以确定什么时候拒绝冒名顶替者的石碑。

比特币现金的经济学

当人们谈论不同的协议改进如何“改变系统的经济性”时，这有点像红色鲱鱼。Avalanche可以简单地被视为节点相互通信的更可靠方式。这反过来使协作节点能够可靠地协调以防御非协作节点。打给比方，海洋无线电通过允许鱼类供应商在船舶到达陆地之前与船舶协调并据此设定价格，从而“改变”了鱼市的经济状况。但这只是提高了市场效率，并没有改变渔民仍然需要捕鱼，商贩仍然需要将鱼卖给想要鱼的人的事实。

类似的分析适用于Avalanche和POW。Avalanche可以帮助诚实的矿工合作建立相同的链，并防止攻击者分裂这条链。最终，他们仍将尝试建立最长的POW链，并创造一种人们想要使用的有用的货币形式。

结论

鉴于比特币现金算力只占整个SHA256算力的一小部分，并且存在已宣告的攻击者，因此采用可确保BCH链存活的防御措施是有意义的。这也有助于降低商业活动中断的风险。

Avalanche协议为区块链重组攻击的后共识防御提供了良好的机制。这为诚实的节点提供了一个战斗机会，使他们能够合作防御那些希望主宰和破坏的人。

强化比特币现金以确保其在困难条件下生存，这增强了人们对它可以作为一种良好的资金形式的信心。从而使得比特币现金在困难时期坚不可摧，也将有助于它在繁荣时期不可战胜。